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紫瑯職業(yè)技術(shù)學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)
題 目：
筆套塑料模具設(shè)計(jì)
副 標(biāo) 題：
學(xué) 生 姓 名：
田春鋒
所在系、專業(yè)：
機(jī)電工程系模具設(shè)計(jì)與制造
班 級(jí)：
模具3082班
指 導(dǎo) 教 師：
錢軍
日 期：
2011年5月
I
目錄
摘 要
近年來，塑料模具的產(chǎn)量和水平發(fā)展十分迅速，高效率、自動(dòng)化、大型、長(zhǎng)壽命、精密模具在模具產(chǎn)量中所占比例越來越大。注塑成型模具就是將塑料先加在注塑機(jī)的加熱料筒內(nèi)，塑料受熱熔化后，在注塑機(jī)的螺桿或活塞的推動(dòng)下，經(jīng)過噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔內(nèi)，塑料在其中固化成型。筆套注塑模具設(shè)計(jì)的產(chǎn)生無論是在生產(chǎn)量還是在生產(chǎn)效率上，都有極大的提高。注塑成型的模具生產(chǎn)質(zhì)量高，效率快，符合現(xiàn)代企業(yè)的要求。塑料制品節(jié)約了成本，環(huán)保耐用，而且價(jià)格低廉，符合人們的生活需求。
關(guān)鍵詞：塑料 模具 注塑成型 設(shè)計(jì)
I
目 錄
摘 要 I
目 錄 I
1、擬定成型工藝的結(jié)構(gòu)形式 1
1.1塑件成型工藝性分析 1
1.2分型面位置的確定 1
1.3確定型腔數(shù)量和排列方式 1
1.4模具結(jié)構(gòu)形式的確定 2
1.5注射機(jī)型號(hào)的選定 2
2、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3
2.1主流道設(shè)計(jì) 3
2.2. 分流道設(shè)計(jì) 4
2.3澆口的設(shè)計(jì) 5
2.4冷料穴的設(shè)計(jì) 5
3、成型零件的設(shè)計(jì) 5
3.1成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6
3.2成型零件的鋼材選用 6
3.3成型零件工作尺寸的計(jì)算 6
3.4支承板厚度計(jì)算 7
4、模架的確定 8
5、排氣槽的設(shè)計(jì) 9
6、推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 9
7、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9
致 謝 11
參考文獻(xiàn) 12
筆套塑料模具設(shè)計(jì)
1、擬定成型工藝的結(jié)構(gòu)形式
1.1塑件成型工藝性分析
該塑件是一塑料筆套。塑件壁厚屬于薄壁塑件，生產(chǎn)批量很大。材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS，其抗沖擊性、耐熱性、耐低溫性、耐化學(xué)藥品性及電氣性能優(yōu)良，還具有易加工、制品尺寸穩(wěn)定、表面光澤性好等特點(diǎn)，容易涂裝、著色。）熔融流動(dòng)性好，熔融狀態(tài)穩(wěn),可以注射成型。
1.2分型面位置的確定
根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)形式，分型面應(yīng)選在塑料中間部分，如圖1-1所示
圖1-1塑件結(jié)構(gòu)
1.3確定型腔數(shù)量和排列方式
1）該塑件精度要求不高，生產(chǎn)批量很大，塑件尺寸小，可以采用一模多腔的形式?？紤]到模具制造費(fèi)用，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低一些，初定為一模四腔的模具形式。
2）型腔排列形式的確定
因?yàn)樗貌牧蠟闊崴苄詮椥泽w，能反復(fù)扭曲，有突出的回彈能力，摩擦系數(shù)低，可采用強(qiáng)制脫模的方式。因此本設(shè)計(jì)采用推塊推出的強(qiáng)制脫模方法。型腔的排列方式采用單列直排。如圖1-2所示
圖1-2型腔的排列
1.4模具結(jié)構(gòu)形式的確定
從上面分析可知，本模具擬采用一模四腔，單列直排，推塊推出，流道采用非平衡式，澆口采用潛伏式澆口或側(cè)澆口，定模不需要設(shè)置分型面，動(dòng)模部分需要一塊型芯固定板和支承板，因此基本上可以確定模具結(jié)構(gòu)形式為A型帶推塊的單分型面注射模。
1.5注射機(jī)型號(hào)的選定
1）通過計(jì)算，塑件質(zhì)量m為2.278g，塑件體積v=m/ρ=2.78/1.2=1.898cm3。流道凝料的質(zhì)量m還是個(gè)未知數(shù)?？梢园此芗|(zhì)量的0.6倍來估算。從上述分析中確定為一模四腔，所以注射量為m=1.6nm=1.6x4 x2.278 =14.5972g。
2）塑件和流道凝料在分型面上的投影面積及所需鎖模力的估算。
流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積A，在模具設(shè)計(jì)前是個(gè)未知值，根據(jù)多型腔模的統(tǒng)計(jì)分析，A是每個(gè)塑件在分型面上的投影面積A的0.2～0.5倍，因此可用0.35nA未進(jìn)行估算，所以
A= nA+A= nA+0.35 nA=1.35 nA=152.604mm2
式中A=(π/4)d2=0.785×122=28.26mm2
Fm=AP型=152.604×25=3815.1N=3.8151KN
式中型腔壓力P型去25MPa(因?yàn)槭潜”谒芗?，澆口又是潛伏式澆口，壓力損失大，取大一點(diǎn))。
3）選擇注射機(jī)
根據(jù)每一生產(chǎn)周期的注射量和鎖模力的計(jì)算值，可選用XS—ZY—125臥式注射機(jī)。見表1-1
表1-1注射機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
標(biāo)稱注射量/cm3
104
模板板量最大行程/mm
300
螺桿直徑/mm
30
模板最大厚度/mm
300
注射壓力/MPa
150
模板最小厚度/mm
200
注射行程/mm
160
模板尺寸/mm
螺桿轉(zhuǎn)速/(r/min)
10～140
拉桿空間Mm
260×360
注射時(shí)間/s
1.8
合模方式
液壓-機(jī)械
注射方式
螺桿式
噴嘴球半徑/mm
12
合模力/N
9×
噴嘴孔直徑/mm
4
最大成型面積/cm2
360
定位圈尺寸/mm
100
2、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
2.1主流道設(shè)計(jì)
1）主流道尺寸
根據(jù)所選注射機(jī)，則主流道小端尺寸為：
d=注射機(jī)噴嘴尺寸+（0.5～1）=4+0.5=4.5mm
主流道球面半徑為
SR=噴嘴球面半徑+（1～2）=12+2=14mm
2）主流道襯套形式
本設(shè)計(jì)雖然是小型模具，但為了便于加工和縮短主流道長(zhǎng)度，襯套和定位圈還是設(shè)計(jì)成分體式，主流道長(zhǎng)度取25mm，約等于定模板的厚度（見圖）襯套如圖2-1所示，材料采用T10A鋼，熱處理淬火后表面硬度為53HRC～57HRC。
圖2-1襯套
3）主流道凝料體積
q主= =（5.82+5.8×4.5+4.52）=523.3mm3≈0.5233cm3
2.2. 分流道設(shè)計(jì)
1）分流道布置形式
分流道應(yīng)能滿足良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態(tài)，使塑料熔體盡快地經(jīng)分流道均衡的分配到各個(gè)型腔，因此，采用非平衡式分流道。如圖2-2所示：
圖2-2 非平衡式分流道 圖2-3分流道截面
2）分流道長(zhǎng)度
第一級(jí)分流道L1=53.5mm
3）分流道的形狀截面尺寸以及凝料體積
（1）形狀及截面尺寸。為了便于機(jī)械加工及凝料脫模，本設(shè)計(jì)的分流道設(shè)置在分型面上定模一側(cè)，截面形狀采用加工工藝性能比較好的半圓形截面。半圓形截面對(duì)塑料熔體及流動(dòng)阻力均不大，一般采用下面經(jīng)驗(yàn)公式來確定截面尺寸，即
B=0.2654=0.2654×=6.98mm
根據(jù)常用塑料分流道直徑推薦值，取B=7mm。
H=B=×7=3.5mm
分流道L1截面形狀如上圖2-3所示：
（2）凝料體積。
分流道長(zhǎng)度L=141mm
分流道截面積A=πr2=×3.14×12.25=19.2325mm2
凝料體積q分=131×19.2325=2519.4575mm3=2.5195cm3
（3）分流道的表面粗糙度
分流道的表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取0.8μm～1.6μm即可，在此取1.6μm。
2.3澆口的設(shè)計(jì)
根據(jù)外部特征，外觀表面質(zhì)量要求比較高，應(yīng)看不到明顯的澆口痕跡，因此采用潛伏式澆口，在開模時(shí)澆口自行剪斷，幾乎看不到澆口的痕跡。
1）潛伏式澆口尺寸的確定
由經(jīng)驗(yàn)公式得 d=nk =0.6×0.272=1.24mm
式中A=πdh﹢πr2=3327.2501mm2
n—塑料材料系數(shù)取0.6；
k—塑件壁厚的函數(shù)值取0.272；
澆口截面形狀如圖2-4所示澆口先去Ф1，在試模時(shí)根據(jù)填充情況再進(jìn)行調(diào)整。
2）澆口剪切速率的校核
由點(diǎn)澆口的經(jīng)驗(yàn)公式得
r===56392.64s=5.639264×10 s
r為10s～10s，剪切速率校核合格。
2.4冷料穴的設(shè)計(jì)
1）主流道冷料穴
如圖2-5所示，采用半球形，并采用“Z”行頭拉料桿，設(shè)拉料桿固定在動(dòng)模固定板上，開模時(shí)利用凝料對(duì)“Z”頭拉料桿的包緊力使主流道凝料從主流道襯套中取出。
圖2-4澆口截面形狀 圖2-5“Z”行頭拉料桿
3、成型零件的設(shè)計(jì)
模具中確定塑件幾何形狀和尺寸精度的零件稱為成型零件。在本設(shè)計(jì)中成型零件就是成型筆套外表面的凹模，成型內(nèi)表面的凸臺(tái)型芯
3.1成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1）凹模（型腔）
因?yàn)榘寄＝Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，直接采用數(shù)控銑床加工就可以，模具采用整體模板絕部熱處理就可。
2）型芯
型芯由1個(gè)直徑為10mm圓柱如圖3-1所示：
圖3-1型芯
3.2成型零件的鋼材選用
該零件是大批量生產(chǎn)，成型零部件所選用鋼材耐磨性和抗疲勞性能應(yīng)該良好，機(jī)械加工性能和拋光性能也應(yīng)該良好。型腔選用CrWMn，53-56HRC。
型芯因?yàn)槭遣捎脧?qiáng)制脫模，磨損比較厲害，采用硬度比較高的模具鋼Gr12MoV，淬火后表面硬度為58HRC~62HRC。
3.3成型零件工作尺寸的計(jì)算
該塑件的成型零件尺寸均按平均值法計(jì)算。查有關(guān)手冊(cè)得，塑件公差按SJ1372-78標(biāo)準(zhǔn)中MT3級(jí)精度選取。根據(jù)相關(guān)資料查的ABS的收縮率為0.6%。計(jì)算見表3-1
表3-1成型零件工作尺寸的計(jì)算
類別
塑件尺寸
計(jì)算公式
工件尺寸
型腔的計(jì)算
φ12
（L）= [（1+）L—Δ]
φ11.94
R20
R19.7
R15.3
R15.24
R44.1
R44.095
R1.9
R1.82
R1.2
R1.12
40
（H）= [（1+）H—Δ]
39.87
型芯的計(jì)算
φ10
（l）= [（1+）l+Δ]
φ10.2
4
（h）= [（1+）h+Δ]
4.25
62.5
63.3
模具制造公差取 。
3.4支承板厚度計(jì)算
支承板厚度和所選模架兩墊塊之間的跨度有關(guān)，根據(jù)前面的型腔布置，模架應(yīng)選在160×160這個(gè)大范圍之內(nèi)墊塊之間的跨度大約為96mm根據(jù)型腔布置及型芯對(duì)支承板的壓力，就可計(jì)算得到支承板的厚度，即
T=0.54L（）=0.54×96（）=21.8mm
式中δ——支承板剛度計(jì)算許用變形量，δ=25i=25×0.97=24.25μm=0.02425mm,
i=0.35×W+0.001×W=0.35×96+0.001×96=0.97μm
L——兩墊塊之間的距離（約為96）；
W——影響模具形變的最大尺寸，若圓筒是r或h，若矩形是L；
L——支承板長(zhǎng)度，取160mm;
l l——4個(gè)型芯投影到支承板上的面積。
因此，支承板厚度取標(biāo)準(zhǔn)厚度32。
4、模架的確定
根據(jù)型腔的布局來看，型腔分布尺寸為12110，又根據(jù)型腔側(cè)壁可知，最小厚度為40mm，再考慮到，導(dǎo)柱、導(dǎo)套及螺釘布置應(yīng)占的位置和采用推件板推出等各方面問題，確定選用模架序號(hào)為3號(hào)（160×L=160×160），模架結(jié)構(gòu)為P4的形式，如圖4-1所示。
各模板尺寸的確定：
1）A板尺寸
A板是定模型腔板，塑件高度40mm，在模板上方有流道，因此A板厚度取50mm。
2）B板尺寸.
B板是凸模（型芯）固定板，取厚度為32mm。
3）C墊塊尺寸
墊塊=推出行程+推板厚度+推板固定板厚度+（5~10）=40+30+20+(5~10)=95～100根據(jù)計(jì)算，墊塊厚度C取80mm。
上述尺寸確定之后，就可以確定模架序號(hào)為3號(hào)，板面為160×160，模架結(jié)構(gòu)形式
為P4的標(biāo)準(zhǔn)模架。
圖4-1模架結(jié)構(gòu)
從選定模架可知，模架外形尺寸：寬長(zhǎng)高=160×160×230.5 模具平面尺寸160×160＜260×360（拉桿間距），合格；模具高度230.5，200＜230.5＜300合格；模具開模所需行程=62.5.5(型芯高度)+40（塑件高度）+（5~10）=（107.5~125.5）＜300（注射機(jī)開模行程），合格；其他各個(gè)參數(shù)在前面校核都合格，所以本模具所選注射機(jī)完全滿足使用要求。
5、排氣槽的設(shè)計(jì)
該模具是小型模具，排氣量不大，但分型面較大，型芯之間存在間隙，可直接利用間隙排氣，而且采用的是潛伏式澆口向型腔頂部?jī)A斜，塑料熔體先充滿型腔頂部，然后充滿周邊下部，這樣型腔頂部不會(huì)造成憋氣現(xiàn)象，氣體會(huì)沿著分型面和型芯與推件板之間的軸向間隙向外排出。因此本設(shè)計(jì)不單獨(dú)開設(shè)排氣槽。
6、推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
推件板推出過程中，為了減小推件板與型芯的摩擦，采用如圖所示結(jié)構(gòu)，推件板與型芯間隙留0.2mm~0.25mm的間隙，本設(shè)計(jì)中取0.2mm，并用錐面配合，以防止推件板因偏心而板溢料。
7、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
冷卻系統(tǒng)的計(jì)算很麻煩，在此只進(jìn)行簡(jiǎn)單計(jì)算，在單位時(shí)間內(nèi)塑料熔體凝固時(shí)所放出的熱量應(yīng)等于冷卻水所帶走的熱量，模具溫度設(shè)為65℃。
1）冷卻水的體積流量
q=WQ/ρC(θ﹣θ)= = 0.0054 m/min
式中： W——單位時(shí)間（每分鐘）內(nèi)注入模具中的塑料重量(kg/min) ，按每分鐘注射10次， 即 14.59721.210=175.03328g/min=0.175kg/min
q——冷卻水的體積流量(m3/min)
Q——單位重量的塑料制品在凝固時(shí)所放出的熱量(kJ/kg)，ABS為390kJ/kg
ρ——冷卻水的密度(1000kg/m3)
C——冷卻水的比熱容[4.187kJ/(kg.℃)]
θ——冷卻水的出口溫度(25℃)
θ——冷卻水的入口溫度(20℃)
2）冷卻管道直徑
為使冷卻水處于湍流狀態(tài)，查質(zhì)料取d=25mm。
3）冷卻水在管道內(nèi)的流速
由式 v== =1.79m/s
大于最低流速1.66m/s，達(dá)到湍流狀態(tài)，所選管道直徑合理。
4）冷卻管道孔壁與冷卻水之間的傳熱膜系數(shù)
查參考文獻(xiàn)中的表 取f=6.48（水溫為25℃時(shí)），因此
h=3.6f=24521kJ/(m·h·℃ )
5）冷卻管道的總傳熱面積
A==0.010122m=10122mm
6） 模具上應(yīng)開設(shè)的冷卻水孔數(shù)
n==2.5（孔）
從計(jì)算結(jié)果看，因塑件小，單位時(shí)間注射量小，所需冷卻水道也比較小，但3條冷卻水道對(duì)模具來說是不可取的?？刹捎?孔兩兩并聯(lián)水道安裝在適當(dāng)位置。
9
致 謝
致 謝
經(jīng)過半年的忙碌，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)?？粕漠厴I(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)很難按時(shí)完成。
在這里首先要感謝我的指導(dǎo)老師。他平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從外出實(shí)習(xí)到查閱資料，設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。
然后還要感謝大學(xué)三年來所有的老師，為我打下機(jī)械專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)；同時(shí)還要感謝所有的同學(xué)們，正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭?lì)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成。
最后感謝紫瑯學(xué)院三年來對(duì)我的大力栽培。
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參考文獻(xiàn)
參考文獻(xiàn)
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